Blog über Leitfaden für genaue Sparameter-Messungen mit Netzwerk-Analysatoren

Im Bereich der Elektroniktechnik ist eine genaue Bewertung und Optimierung der Leistung von Schaltkreisnetzen von entscheidender Bedeutung.Hochleistungsgeräte zu entwickeln, wäre wie mit verbundenen Augen zu navigierenNetzwerk-Analysatoren dienen als grundlegende Lösung für diese Herausforderung, indem sie Impedanz und Dämpfung in Schaltkreisnetzen messen und den Ingenieuren kritische Erkenntnisse liefern.

Netzwerkanalysatoren sind spezialisierte Instrumente, die zur Analyse elektronischer Schaltkreisnetzwerke entwickelt wurden, deren Kernfunktionen sich auf die Messung von Impedanz und Dämpfung konzentrieren.Technologische Fortschritte haben ihren Frequenzbereich ständig erweitert, die mittlerweile Millimeterwellenbänder bis 110 GHz abdecken und damit ihren Anwendungsbereich erheblich erweitern.

Es gibt zwei Haupttypen von Netzwerkanalysatoren:

• Skaliernetzanalysatoren:Sie messen nur die Signalamplitude, um die Frequenzmerkmale zu bestimmen.
• Vektornetzanalysatoren (VNA):Messung der Signalamplitude und der Signalphase und Bereitstellung umfassender Informationen über das Netzwerk.VNA bieten eine höhere Messgenauigkeit und sind in modernen elektronischen Messanwendungen unverzichtbar geworden.

Angesichts der entscheidenden Rolle von VNAs in der modernen Elektronik konzentriert sich dieser Artikel speziell auf die Prinzipien und Anwendungen von Vektornetzanalysatoren.

Während verschiedene Parameter Schaltkreisnetze beschreiben können (einschließlich V-Parameter, Z-Parameter und H-Parameter),Netzwerk-Analysatoren verwenden aufgrund ihrer kraftbasierten Natur hauptsächlich S-Parameter (Streuungsparameter), so daß sie besonders für die Charakterisierung von Hochfrequenzkreisen geeignet sind.

Die grundlegende Architektur eines Netzwerkanalysators besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten: einer Signalquelle, einem Signalsplitter (Leistungsdivider), einem Richtkopplungssystem und mindestens drei Empfängern.Diese Elemente müssen den gesamten Betriebsfrequenzbereich des Geräts abdecken..

Der Messprozess beginnt mit der Signalquelle, die ein Prüfsignal erzeugt, das sich in zwei Bahnen aufspaltet: einer verbindet sich mit einem Referenzempfänger (R) als Basislinie,während das andere als das Vorfallsignal dient, das durch die Richtkopplung in die Prüfvorrichtung (DUT) gelangt.Der Empfänger A erfasst reflektierte Signale, während der Empfänger B übertragene Signale misst.

Die S-Parameter werden durch Berechnung der Verhältnisse A/R und B/R bestimmt. Die empfangenen Signale werden in Zwischenfrequenzen umgewandelt,gefolgt von synchroner Detektion zur Extraktion realer und imaginärer KomponentenDie digitale Verarbeitung stellt diese Daten dann in verschiedenen Formaten dar, einschließlich Smith-Diagramme, logarithmische Größenordnung, Phase und Gruppenverzögerung.

S-Parameter beschreiben quantitativ die Übertragungs- und Reflexionsmerkmale eines DUT.

• S11:Signal, das von Port 1 reflektiert wird, wenn es in Port 1 erregt wird
• S21:Signal, das an Port 2 übertragen wird, wenn es an Port 1 erregt wird
• S12:Signal, das an Port 1 übertragen wird, wenn es an Port 2 angeschaltet wird
• S22:Signal, das von Port 2 reflektiert wird, wenn es in Port 2 erregt wird

Jeder S-Parameter ist eine komplexe Zahl mit realen (Größen) und imaginären (Phasen) Komponenten.und Übertragungskoeffizienten, während die Reflexionsmerkmale (S11/S22) Impedanz, Rücklaufverlust, Spannungsstandwellenverhältnis (VSWR) und Reflexionskoeffizienten entsprechen.

Die außergewöhnliche Messgenauigkeit von Netzwerk-Analysatoren beruht auf anspruchsvollen Kalibrierprozessen, die inhärente Systemfehler beseitigen.Das System charakterisiert seine eigenen S-Parameter, beseitigt diese Fehler dann mathematisch bei der Nachbearbeitung aus den DUT-Messungen.

• SOLT (Kurz-Offene-Lastdurchführung):Norm für Koaxialsysteme
• Offset-Kurz:Vorzugsweise für Wellenleitungen
• LRL/TRL/LRM (Linien-Reflect-Line-Varianten):Ideal für Mikrobänder und koplanare Wellenleitungen (CPW)

1. An den Enden des Koaxialkabeln (Port 1 und 2) werden Messreferenzebenen festgelegt.
2. Messen Sie den offenen (∞-Widerstand) am Port 1 und den kurzen (0-1-Widerstand) am Port 2, und speichern Sie die Reaktionen der Vorwärtsreflexion.
3. Umkehrung der Standards und Messung der Umkehrreflexionsreaktionen
4. Anschließen abgestimmter Belastungen (50Ω) an beide Anschlüsse für Richtungs-/Isolierungsmessungen
5. Durchführen der Verbindung zwischen den Ports zur Charakterisierung der Übertragungsantwort

Die Kalibrierstandards sind typischerweise auf nationale Messstandards zurückzuführen und ermöglichen die Fehlerkorrektur durch Vektormathematik.Vollständige Zwei-Anschluss-Kalibrierung (Fehlerkorrektur in 12 Begriffen), Quelle/Last-Übereinstimmung, Frequenzantwort und Isolationsfehler.

Während die Kalibrierung systematische Fehler beseitigt, bleiben mehrere nicht wiederholbare Fehlerquellen bestehen:

• Schwankungen der Wiederholbarkeit der Steckverbinder
• Geräuschrückstände des Empfängers
• Umweltfluktuationen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibrationen)
• Auswirkungen der Frequenzstabilität auf die Phasenmessungen
• Wiederholbarkeit des Kalibrierungsprozesses

Zu den optimalen Messverfahren gehören:

• Beibehaltung eines gleichbleibenden Drehmoments der Steckverbinder
• Kontrolle der Umgebungstemperatur
• Verwendung hochstabiler Signalquellen
• Minimierung der Bewegung von Koaxialkabeln während der Messungen

Diese Vorsichtsmaßnahmen tragen dazu bei, instabile Fehlerbeitrage zu minimieren und die Messgenauigkeit zu gewährleisten.

Durch ein umfassendes Verständnis der S-Parameter-Theorie, sorgfältige Kalibrierungspraxis,und sorgfältiges FehlermanagementDie Techniken des Netzwerkanalysators sind für Fachleute, die in der HF-, Mikrowellen-,und Hochgeschwindigkeits-Digitalkreislaufdesign.